《模拟信号的数字化》PPT课件

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1、第四章模拟信号的数字化付佳1量化4.1引言模拟信号：时间连续、幅值连续数字信号：时间离散、幅值离散两类信源抽样二进制序列编码模/数变换的三步骤：抽样、量化和编码最常用的模/数变换方法：脉冲编码调制(PCM)24.2模拟信号的抽样抽样：在一系列离散点上，对模拟信号抽取样值。4.2.1低通模拟信号的抽样通常是在等间隔T上抽样理论上，抽样过程＝周期性单位冲激脉冲模拟信号抽样输出是一系列周期性的冲击脉冲，面积=信号样值实际上，抽样过程＝周期性单位窄脉冲模拟信号问题：能否由抽样信号无失真恢复原始信号？

2、Yes！3抽样定理：若一个连续模拟信号s(t)的最高频率小于fH，则以间隔时间为T1/2fH的周期性冲激脉冲对其抽样时，s(t)将被这些抽样值所完全确定。抽样周期：T1/2fH抽样频率：fs=1/T4抽样定理的证明：模拟信号：s(t)，f≤fH冲击序列：T(t)=(t–nT)抽样信号：sk(t)S(f)(f)Sk(f)×*==56无失真恢复原信号：频谱不混叠无失真恢复原信号条件：最小抽样频率fs=2fH：奈奎斯特(Nyquist)速率最小抽样时间间隔：奈奎斯特间隔。7由抽样信号恢复原

3、信号的方法：频域：当fs2fH时，由截止频率为fH的理想低通滤波器滤出原信号。时域：抽样脉冲序列通过理想低通滤波器时，滤波器的输出就是一系列冲激响应之和。这些冲激响应之和就构成了原信号。实际上：理想滤波器是不能实现的。实用滤波器边缘不能做到锐截止。所以，fs必须比2fH大许多。例如，典型电话信号的最高频率3400Hz，而抽样频率规定为8000Hz。84.2.2带通模拟信号的抽样带通信号：（fL，fH），fL≥0，信号带宽B=fH-fL问题：是否需要抽样频率fs≥2fH？若fH=nB时，n=整数

4、，此时fs=2B即可；一般fH=nB+kB，0

5、制PDM脉冲位置调制PPM（a)基带信号(b)PAM信号(c)PDM信号(d)PPM信号图4.2.6模拟脉冲调制12图4.3.1抽样信号的量化4.3抽样信号的量化4.3.1量化原理量化的目的：将抽样信号数字化。（幅值离散化）量化：用有限个量化电平表示连续抽样值的方法量化的方法：s(kT)－抽样值，N位二进制码元表示M=2N个抽样值。M个量化电平。为均匀量化。134.3.2均匀量化设：模拟抽样信号的取值范围：a～b量化电平数＝M则均匀量化时的量化间隔为：量化区间的端点为：若量化输出电平qi取为量化

6、间隔的中点，则有量化噪声＝量化输出电平和量化前信号的抽样值之差信号功率与量化噪声之比（简称信号量噪比）14求量化噪声功率的平均值Nq：式中，sk为信号的抽样值，即s(kT)sq为量化信号值，即sq(kT)f(sk)为信号抽样值sk的概率密度E表示求统计平均值M为量化电平数求信号sk的平均功率：由上两式可以求出平均量化信噪比。15【例4.1】设一个均匀量化器的量化电平数为M，其输入信号抽样值在区间[-a,a]内具有均匀的概率密度。试求该量化器的平均信号量噪比。解：∵∴或（dB）16复习模拟信号数字

7、化的三个步骤抽样定理内容，并理解。理想抽样应由周期性的冲激序列实现，但冲激物理不可实现，由窄脉冲代替，即脉冲振幅调制。量化（用有限的电平表示无限多种电平）：量化噪声，信号量噪比均匀量化174.3.3非均匀量化均匀量化的缺点：量化噪声Nq确定。信号小时，信号量噪比也就很小。非均匀量化原理：用一个非线性电路将输入电压x变换成输出电压y：y=f(x)当量化区间划分很多时，在每一量化区间内压缩特性曲线可以近似看作为一段直线。这段直线的斜率为或设x和y的范围都限制在0和1之间，且纵座标y均匀划分成N个区间

8、，则有18由有为了保持信号量噪比恒定，要求：xx即要求：dx/dyx或dx/dy=kx,式中k=常数由上式解出：由上式看出，为了保持信号量噪比恒定，在理论上要求压缩特性为对数特性。对于电话信号，ITU-T制定了两种建议，即A压缩律和压缩律，以及相应的近似算法－13折线法和15折线法。19A压缩率式中，x为压缩器归一化输入电压；y为压缩器归一化输出电压；A为常数，决定压缩程度。A律中的常数A不同，则压缩曲线的形状不同。ITU-T规定A=87.6。2013折线压缩特性－A律的近似x在0～1区